在量子發射體的基本屬性研究領域，低溫陰極發光顯微鏡技術的顯著進步已經引起了廣泛關注。在眾多量子發射體中，鉆石中的硅空位（SiV）色心由于其卓越的亮度、窄的發射線和最小的環境相互作用而受到重視。它們不僅可以作為光源，還可以作為精密的傳感器，對壓力、溫度、電場和磁場，甚至生物化學過程做出反應。

然而，阻礙SiV色心實際部署的一個主要挑戰是發射異質性，這可能顯著影響其光學屬性。SiV色心的發射異質性指的是不同SiV色心之間發射屬性（如亮度和光譜線）的變化。人們認為這種異質性源于多種因素，包括表面缺陷、晶格應力、缺陷對稱性以及其他晶格雜質的存在。為了充分利用SiV色心的潛力，至關重要的是要揭示這種發射異質性的來源。

最近發表的一篇論文，采用了一種強大的技術——低溫陰極發光顯微鏡，來研究SiV發射的結構異質性來源。這種方法結合了低溫電子顯微鏡的高分辨率成像能力和陰極發光的光譜能力：低溫電子顯微鏡通過在極低溫度下用電子轟擊樣品，最大限度地減少扭曲，從而實現原子水平結構的可視化；另一方面，陰極發光利用電子束激發樣品中的電子，促使它們發出具有特征波長的光，從而揭示材料的組成和性質。

通過將低溫電鏡與陰極發光探測器耦合，研究人員不僅可以觀察到SiV中心的原子結構，還可以同時測量其發出的光。這使得在色心的結構特性和色心的光學發射特性之間可以直接關聯。

研究小組將這項技術應用于納米鉆石，特別關注直接在低溫電子顯微鏡膜上生長的SiV中心。這種方法模擬了色心的自然形成條件，為其在實際應用中的行為提供了有價值的見解。通過利用4D掃描透射電子顯微鏡，一種提供額外成分信息的冷凍電鏡的變體，研究人員能夠實現亞納米分辨率，為SiV中心的復雜世界提供前所未有的視角。

這些研究的一個關鍵發現是拉伸應力與零聲子線（ZPL）能量藍移的相關性，而壓縮應力則導致ZPL紅移。也就是說拉伸應變越大，SiV中心發射能量越高(波長越短)。此外，還觀察到不同晶粒中SiV發射體密度的變化以及晶界對SiV發射的影響。這些發現對于理解導致發射異質性的結構因素至關重要。

此外，4D掃描透射電子顯微鏡的使用使得能夠在單個納米鉆石內可視化單個亞晶粒，揭示了ZPL能量和亮度的差異，這些差異在能量上可以變化0.1 meV，在亮度上可以超過70%。這樣詳細的分析對于識別導致發射異質性的確切結構不規則性至關重要。

這些發現的影響是深遠的。通過確定影響SiV發射的原子級結構，研究人員可以制定策略來控制和減少異質性，從而提高基于SiV色心的可靠性和可擴展性。這反過來可能加速量子材料和設備的發展，為量子信息科學的突破鋪平道路。(www.ws46.com)

總之，通過低溫陰極發光顯微鏡技術揭示SiV色心發射異質性來源，在量子材料領域標志著重要的進步。它不僅增強了我們對原子結構與量子發射復雜關系的理解，而且為發展先進的量子技術開辟了新的途徑。